2023中国氢能源产业-氢储存-运输环节深度研究报告

2023 Research Report on China Hydrogen Energy Industry - Storage & Transportation©2023.7 Sixsigma Research「云点道林 Sixsigma Research」为精品投资银行「云道资本」下属研究机构以专业的数据信息、敏锐的市场洞察和创造灼见的研究咨询服务赋能中国创业企业、产业前言：氢储运环节在氢能产业中的意义与难点 氢储运环节的成本约占终端用氢总成本的(30-40)%，储运环节就成为了降低终端用氢总成本的关键氢气本身密度极小(0.089g/L)易逃逸、由气态转为液态的液化临界温度低(-253°C)、稳定性差等固有属性，使得氢的储运天然存在难度 氢的储存-运输环节，处于氢能源产业链的中游，连接着制氢和用氢两端氢储运环节的研究意义与研究难点，主要鉴于以下2点：“贵”“难”目录•气态储氢路线•气态储运主要会涉及到的关键设备 •气态运输情况•液态储氢路线•液态储运主要会涉及到的关键设备 •液态运输情况•固态储氢路线•固态储运主要会涉及到的关键设备 •固态运输情况目录•氢的3种主要存在状态与运输方式之间的对应关系 (2030预测) •不同①运距和②运量要求条件下的决策矩阵•氢的几种主要运输方式之间的横向对比•分阶段展望，我国氢储运方式的总体格局 •我国氢储运方式的展望时间表•储氢承压设备体系•氢能承压设备技术标准体系•输氢承压设备体系 氢以气态储运©2023.7 Sixsigma Researchwww.6sigmacapital.com仍为气态氢以气态储运高压气氢的概况—制氢端多输出氢气，经压缩后以气态储运顺理成章，最为简易成熟 灰氢蓝氢绿氢制 氢 端气态为主气态为主气态为主压缩进一步加压气态虽然可以通过进一步加压的方式继续提升储氢密度，但是压力越高，对储氢容器材质、结构的要求同步越高，成本亦会大幅增加，安全性也更加难以保障高压气态储氢运氢仍是我国目前最大的方式，技术较为简单成熟，充放氢速度快，压缩过程能耗较低。但经过压缩后的氢气密度依然不到0.02kg/L，储氢密度和安全性仍是气氢储运的重大缺陷高压气氢瓶©2023.7 Sixsigma Researchwww.6sigmacapital.com氢以气态储运气态储运主要会涉及到的关键设备——氢气压缩机、高压气氢储瓶、氢阀门①氢气压缩机长管拖车②高压气氢储瓶③各类氢阀门用于制氢端压缩为管道输氢提供动力用于加氢站压缩非氢领域作气体增压气氢储运加注系统车载储供氢系统燃料电池动力系统运输过程用储氢瓶车载储氢瓶加氢站用储氢瓶©2023.7 Sixsigma Researchwww.6sigmacapital.com氢气压缩机工作原理类似于泵，将系统低压侧的压力降低，并将系统高压侧的压力提高，从而使H2从低压侧向高压侧流动隔膜压缩机、液驱活塞式压缩机是氢气压缩机中的目前两大主流，二者的构造和原理有所不同：隔膜压缩机是靠隔膜在气缸中作往复运动来压缩和输送气体的往复压缩机。隔膜沿周边由气侧膜头和油侧膜头夹紧，隔膜由机械或液压驱动在气缸内往复运动，从而实现对气体的压缩和输送液驱活塞式压缩机通过液压油驱动活塞作往复运动，往复运动的活塞直接作用于氢气，实现氢气的压缩和输送。液压油一般由液压泵提供，并通过电磁换向阀控制液压油流动方向，实现对活塞的往复作用。这种结构可以做成多列基 础 构 造 和 原 理分 类 型 的 具 体 构 造 和 原 理氢以气态储运氢气压缩机—构造和原理简介©2023.7 Sixsigma Researchwww.6sigmacapital.com氢以气态储运氢气压缩机—下游应用倒逼氢气压缩机提升压缩比、排量，“液驱+隔膜式”惊喜出现传统隔膜式压缩机液驱式活塞压缩机最新型液驱隔膜式压缩机特性用膜片将油气完全隔离，可保证气体纯度、密封性好、单级压缩比大结构原理简单，多级串、并联压缩，布局灵活液压泵直驱+高频换向阀代替传统的曲柄连杆+活塞、皮带传动整机模块化，适应变工况、频繁启停优势无污染，确保了氢气压缩过程的洁净密封性好，适合易燃易爆等危险气体的压缩压缩比大，容易实现低进气、高排气等温压缩结合一体化冷却，排气温度低结构紧凑操作简单控制简单综合成本较低创新性的技术方案，关键部件全自主研发，开发设计难度大，需要企业有强大的自主研发能力，只有极少数国内公司实现兼具隔膜压缩机的优点：无污染，确保了氢气压缩机过程的洁净兼具液驱压缩机的优点：结构紧凑，占地小，能适应频繁启停、冷态开车、带载启停的加氢站工况，模块化设计，灵活升级切换尚需改进膜头的穹形表面为特殊型面，加工比较困难难适用于频繁启停工况价格高于一般活塞式压缩机膜片比较容易损坏，膜片安装过程对工人经验要求较高排气量由于受到高的压比和气腔容积的限制而相对较小密封性要求高，氢气受污染可能性较大密封圈易损坏和老化，更换周期短，维修费用较高单级压缩比较低活塞结构，噪声较大液压泵和换向阀是液驱隔膜式压缩机的关键核心零部件：液压泵的负载特点是高频脉动负载，液压泵既能承受高压，又能够适应高频脉动的特性，对液压泵内部零件的疲劳寿命要求高换向阀既要满足膜片动作的高频率，又要减小流阻降低能量损失下游应用倒逼：压缩比 排量©2023.7 Sixsigma Researchwww.6sigmacapital.com氢以气态储运氢气压缩机—国内公司的研发突破进展迅速上海羿弓氢能科技首创了“液驱+隔膜”技术设备方案，取消了曲轴连杆传动机构，整机布局紧凑，体积仅为同类传统隔膜式压缩机的50%左右液驱方案可适应“频繁启停、冷态开车、带载启停”的加氢站特殊工况，通过驱动、增压单元多级串并联，实现超大排量、超大压比液驱、隔膜压缩机目前仍有较多部件依赖进口，下游对压缩机性价比及产品售后维修要求也会不断提高，技术突破性国产团队 具备国产化市场机会，如：青岛康普锐斯、海德利森、东德实业等20%70%80%29%1%国外国内最新型液驱隔膜式液驱活塞式隔膜式©2023.7 Sixsigma Researchwww.6sigmacapital.comI型气瓶II型气瓶III型气瓶IV型气瓶V型气瓶有无内胆/有有有无内胆材料/钢铝/铝合金塑料目前国外正在研究 V 型储氢瓶，但尚未实现商业化，该气瓶仍然使用碳纤维复合材料缠绕，不使用任何内胆。V型瓶工作压力可达 70~100MPa 、 无氢脆、无腐蚀性、使用寿命可达30年以上、成本中等等优点，亦可用于航天及车载领域瓶壁的厚度比Ⅱ型减薄比Ⅱ型减薄有无瓶身包裹物无有部分包裹物瓶身全包裹瓶身全包裹包裹缠绕方式/环向缠绕全缠绕全缠绕压力压强（兆帕）17.5~2026~3030~7030~70储氢质量密度（wt/%）≈1%≈1.5%≈2.4% (50L瓶)≈4.1% (50L瓶)规格型号主要为35MPa、70MPa两种主要为35MPa、70MPa两种应用场景加氢站等固定场景国内车载国际车载氢以气态储运高压气氢储瓶—高压储氢容器向高压、轻量、降成本、无氢脆发展，V型尚需时间©2023.7 Sixsigma Researchwww.6sigmacapital.com氢以气态储运高压气氢储瓶—内衬材料、纤维缠绕方